年产10万吨年聚丙烯聚合工段工艺设计.doc

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目录

第一章文献综述 1

1.1聚丙烯概述 1

1.2聚丙烯的性质 1

1.3聚丙烯工艺发展过程 1

1.4几种主要聚丙烯工艺 3

1.4.1Spheripol工艺 3

1.4.2Hypol工艺 3

1.4.3Novolen工艺 4

1.4.4Unipol气相工艺 4

1.4.5Amoco／Chiaso气相法工艺 5

1.5新型催化剂体系的优势 5

1.5.1PP生产工艺的优化和改善 5

1.5.2PP产品性能的改进和提高 6

1.5.3高刚性、高结晶度的产品 6

1.5.4薄膜产品性能的改善 6

1.5.5纺粘纤维和熔喷纤维 6

1.5.6无规共囊物 7

1.5.7抗冲击共聚产品 7

1.6中国聚丙烯工业 7

1.7展望 8

第二章工艺流程设计 9

2.1工艺原理 9

2.2催化剂的选定 10

2.3生产工艺的选定 10

2.4工艺流程草图 13

2.5工艺流程概述 13

2.5.1聚合区工艺 14

2.5.2造粒区 17

2.5.3包装区 17

2.5.4循环水场 17

第三章物料衡算 18

3.1设计名称 18

3.2设计条件 18

3.2.1全套装置工艺参数 18

3.2.2丙烯进料量（按小时计算） 19

3.3催化剂用量 19

3.4R200小环管的物料衡算 19

3.5氢气用量 20

3.6R201大环管反应器的物料衡算 21

3.7D301闪蒸罐的物料衡算 22

3.8F301布袋过滤器的物料衡算 23

3.9T301循环丙烯洗涤塔的物料衡算 24

3.10D501汽蒸罐的物料衡算 25

3.11T501水洗塔的物料衡算 26

3.12D502干燥塔的物料衡算 27

3.13造粒 28

第四章热量衡算 29

4.1计算依据 29

4.2R200小环管的热量衡算 30

4.3R201大环管反应器的热量衡算 31

4.4D301闪蒸罐的热量衡算 32

4.5D501气蒸罐的热量衡算 32

4.6D502干燥罐的热量衡算 33

第五章设备选型 35

5.1R200小环管的选型 35

5.1.1R200小环管的工艺参数 35

5.1.2主要作用 35

5.1.3选型 35

5.2R201大环管反应器的选型 36

5.2.1R201大环管反应器的工艺参数 36

5.2.2特点 36

5.2.3选型及结构 36

5.3设备一览表 37

第六章安全备忘录 38

6.1前言 38

6.2工艺中物质性质及危害 38

6.3生产工艺的安全措施 41

6.4生产界区内的消防设施 42

第七章环境保护与治理建议 43

7.1环境保护的意义 43

7.2聚丙烯生产中环境污染来源 43

7.3环境治理与保护 44

参考文献 46

设计小结 47

致谢 48

III

IV

武汉工程大学课程设计

第一章文献综述

1.1聚丙烯概述

聚丙烯

英文名称:

Polypropylene

分子式:

[C3H6]n

简称:

PP

　　聚丙烯由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。

有等规物、无规物和间规物三种构型，工业产品以等规物为主要成分。

聚丙烯也包括丙烯与少量乙烯共聚物在内。

通常为半透明无色固体，无臭无毒。

由于结构规整而高度结晶化,故熔点高达167℃左右,耐热,制品可用蒸汽消毒是其突出优点。

密度0.90g/cm3,是最轻的通用塑料。

耐腐蚀,抗张强度30MPa，强度、刚性和透明性都比聚乙烯好。

缺点是耐低温冲击性差，较易老化，但可分别通过改性和添加抗氧剂予以克服。

1.2聚丙烯的性质　

　聚丙烯无毒、无味，密度小，强度、刚度、硬度耐热性均优于低压聚乙烯，可在100度左右使用。

具有良好电性能和高频绝缘性不受湿度影响，但低温时变脆、不耐磨、易老化.适于制作一般的机械零件,耐腐蚀零件和绝缘零件。

常见的酸、碱有机溶剂对它几乎不起作用，且可用于食具。

1.3聚丙烯工艺发展过程

1956年意大利化学家纳塔改进齐格勒催化剂，成功地合成了结晶等规聚丙烯，开创了聚丙烯技术的新时代。

聚丙烯生产最初采用的是淤浆工艺，催化剂活性很低，生产规模很小，工艺冗长落后，设备复杂。

由于采用己烷等溶剂作稀释剂，不仅需要脱催化剂残渣和脱无规物工序，而且还需设置溶剂回收工序和设备。

因而使设备投资费用高，工厂占地的面积大，操作和维修人员多等一系列问题。

随着科学技术的进步和生产的发展，出现了溶剂工艺，即以某种溶剂作稀释剂将丙烯稀释，反应过程在液态下进行。

但此方法也存在缺点，如需要脱灰和脱无规物，需要溶剂回收工序和设备等，因而又研究出本体工艺。

这种工艺不需要专门的溶剂作为稀释剂，而是甩液态丙烯本身作稀释剂进行聚合反应。

若采用高活性催化剂，如日本三井油化公司的高效高立体定向催化剂，则既可省掉脱灰脱无规物工序，又可省掉溶剂回收工序和设备。

此后，本体工艺进一步演变为液相本体和气相率体两种工艺。

到现在为止，气相工艺是最先进的流化床工艺。

聚丙烯是世界五大通用合成树脂（聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和ABS树脂）之一[1]，近年来我国的产量增长很快，2000年首次突破3000kt达到3035.1kt，2005年又突破5000kt增长到5229.5kt，2006年增长到5841.5kt，比上年增长11.7，创历史产量最高纪录。

2002年至2006年连续5年增长幅度保持两位数。

2007年1～7月全国规模以上企业聚丙烯产量已到达4041.6kt，同比增长18.6，为历史同期最高的水平，预计全年有望超过7000kt。

我国聚丙烯原料的来源一般是催化裂化产物分离的丙烯，也有石油裂解气分离的丙烯，虽然以炼厂丙烯为原料时，气体分离精馏装置可使乙烷、乙烯、丙烷、炔烃和二烯烃等杂质含量符合高效催化剂聚合时的要求，但由于其分离的丙烯中还含有一定量的硫等杂质，从而使聚丙烯催化剂中毒而活性下降，影响装置的正常生产，同时也导致聚丙烯产品一些主要性能，如结晶度、等规指数、灰分、熔体流动速率和拉伸强度等受到较大的影响，因此，原料丙烯的净化显得十分重要。

90年代，聚丙烯（PP）I艺技术在提高效率、降低成本和扩大产品范围等方面都取得了很大的进步，这使得聚丙烯技术进一步向前推进，各种工艺的竞争地位发生变化。

Montell公司是当今世界上最大的聚丙烯生产商和技术转让厂商。

它的Spheripol工艺是其前身Himont公司于1982年创立的，目前全世界采用Spheripol工艺的生产线已多达84条，产量达到12.8Mt／a，约占全世界PP总产能的50%，1997年Monte|l公司对Spheripol聚丙烯工艺进行了重大改进，进一步扩展了装置的生产操作弹性，优化各生产工序的运转条件，提高了聚丙烯产品的质量和加工性能。

拓宽了新产品的应用领域。

使采用该工艺生产的产品具有更为广泛的应用范围和更加优越的加工性能。

新一代工艺技术的改进和优化的核心内容是新型催化剂体系的开发和运用，其工艺流程的新设计和优化主要是围绕上述核心技术而开展的。

目的是扩大产品的范围，提高产品性能。

1.4几种主要聚丙烯工艺

目前世界上常甩的先进聚丙烯工艺主要有Himont公司和Tenimont公司的Spheripol工艺、日本三井油化公司的Hypol工艺、德国BASF公司的Novolen工艺、联合碳化物公司的Unipol工艺和Amoco／Chisso公司的气相法工艺。

1.4.1Spheripol工艺

该工艺包括助催化剂和催化荆的制备、顶聚合和聚合反应、聚合物脱气干燥、添加剂进料和遣粒以及包装运输。

聚合反应在环管式反应器中进行，所有原料都以稳定的速率和适当配比输入环状反应器中反应压力为2.9d～3.5MPa（表），温度为60～70℃，对压力、温度和淤浆密度可以进行监测和自动控制。

聚丙烯颗粒进入装袋系统，自动将产品称重、装袋和缝合，再送入传送带用金属探测器用于检测产品是否含有金属粒，能把混有金属粒的袋子自动剔出。

合格产品袋子被送入码垛机，最后进入仓库。

这种工艺稳定可靠，产品范围宽、品种多、质量好，在世界上转让的厂家很多，占世界聚丙烯产量比例较大，有较高的信誉。

1.4.2Hypol工艺

Hypol工艺采用日本三井油化公司的专利技术，它是一种液相和气相结合的本体工艺，采用HYHS-Ⅱ第二代高效高立体定向催化剂。

金套生产线由原料提纯、催化剂进斟、聚合、干燥、造粒、包装和码垛诸工序组成。

改进后的Hypol新工艺，聚合反应分两段进行。

第一段液相聚合在丙烯溶剂中进行，聚合压力为2.94～3.92MPa（表），温度为65～75℃，依靠蒸发冷凝回流系统带走反应热。

聚合形成的浆液进入第二段气相反应釜，操作压力为1.67～1.92MPa（表），温度为80℃。

进入反应器的液态丙烯靠聚合反应热加热并蒸发。

聚合物流化所用气体从气相反应器的下部吹进，并进行循环。

聚合物干燥后送入挤压造粒工序，聚合物通过筛板筛选后被挤压，经模板进入水下切割机，把挤出的聚合物切成小颗粒。

一条包装生产线的能力为17.5t／h，用自动称重检查器对装袋的粒料进行称量、检测，将合格产品袋子送入打印机，再送入码垛机码垛。

整个工厂采用集散式控制系统（即DCS系统）。

同时还对异常反应如工艺流体泄漏、公用工程发生故障等情况提供保护措施。

主要有全线紧急停车系统、局帮停车系统、手控启动系统、易燃气体报警系统等。

同时该工艺还设置有工艺联锁系统，在紧急情况下，可切断工艺物流并隔离设备。

Hypol工艺的最大优点是丙烯聚合采用了最好的催化剂即HYHS一Ⅱ，这种催化剂的活性相当高，其收率高选lt聚丙烯／g钛。

由于采用了高活性的催化荆，可不脱灰不脱无规物，因而使不造粒工艺的实现成为可能。

1.4.3Novolen工艺

Novolen工艺是最早发展起来的气相聚丙烯工艺之一，早在1969年第一套工业化装置就开始生产。

为了适应新技术的发展，BASF对本身的丙烯聚合工艺和设备进行了不断革新和完善，同时把催化剂技术和新产品开发作为自己工作的重心。

BASF的催化剂体系是以改型的齐格勒一纳塔体系为基础。

由于生产各种均聚物以及抗冲击和无规共聚物只需一个反应器，因而很经济。

同时，产品完全可以满足链塑、双向拉膜、纤维、单丝、热望成形、吹塑成形和挤压成形的要求。

工艺流程主要由丙烯提纯进料、催化剂制备、添加剂制备及加入、聚台、挤压成形、装袋和码墚等部分组成。

控制系统采取以微处理机为基础的集散式控制系统。

该工艺的主要缺点是工艺流程长，如催化剂加工工序和设备既多又复杂，因而后处理和回收系统流程很长。

同时，建厂投资大，操作和维修人员比其他工艺要多。

目前世界上采用这种工艺厂家较少。

1.4.4Unipol气相工艺

Unipol聚丙烯工艺是把美国联合碳化物公司的气相流化床技术与壳牌公司的SHAC超高活性催化剂融为一体。

这种工艺简单、灵活、安全和经济。

采用这种工艺可省掉催化剂钝化、脱灰、脱无规物和后处理工序。

联合生产线稳定可靠，切换产品有很大灵活性，能生产多种用途产品。

由于工艺和设备简单，可靠性高，因而大大减少了维修工作量，节省操作和维护人员。

该工艺能耗低，效率高，工程建设投资少，建设工期短。

该工艺主要由原料供应和净化，催化剂制备、聚合、树脂脱气和回收、加添加剂和造粒等部分组成。

丙烯经过净化和干燥后送入反应系统。

反应系统由l台反应器、l台循环气体冷却器和l台循环气体风机组成。

反应在压力约3.5MPa、温度60～70℃的条件下进行。

提纯后的丙烯、氢、SHAC催化剂连续进入反应器，生产出自由流动的粒状树脂。

含有气体反